Технология и проектирование гибких лесообрабатывающих процессов лесозаготовительных предприятий (13.07.2009)

Автор: Шадрин Анатолий Александрович

Работа выполнена на кафедре технологии и оборудования лесопромышленного производства Московского государственного университета леса. Экспериментальные исследования проводились на лесозаготовительных предприятиях Республики Карелии, Владимирской и Московской областей, Республики Марий Эл и других областей России.

Реализация научных результатов работы.

Научные результаты реализованы в виде рекомендаций по созданию гибких лесообрабатывающих процессов на лесозаготовительных предприятиях Ивановской, Московской и Владимирской областей, Республики Марий Эл, а также в учебном процессе Московского государственного университета леса в виде ученика, учебных пособий и методических разработок, в лекциях по дисциплине “ Технология и оборудование лесных складов и лесообрабатывающих цехов”, при выполнении курсовых проектов и в дипломном проектировании по специальности “Лесоинженерное дело“.

Результаты диссертационной работы нашли отражение в научных отчетах, которые были выполнены в рамках заказов предприятий и организаций лесной отрасли в 1974-2008 гг.

Публикации. Основное содержание диссертации и результаты выполненных исследований опубликованы в 25 научных статьях, в монографии, в учебнике “Технология и оборудование лесных складов и лесообрабатывающих цехов”, в 5 учебных пособиях и 2 методических разработках для студентов вузов, обучающихся по специальности “Лесоинженерное дело”.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, шести разделов, основных выводов и рекомендаций, списка использованных источников и двенадцати приложений. Содержание работы изложено на 271 стр. машинописного текста, иллюстрировано 87 рисунками и 16 таблицами. Список литературы включает 214 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении приведены общие сведения о лесопромышленном производстве. Рассмотрена целесообразность создания гибких лесообрабатывающих процессов на лесозаготовительных предприятиях. Дано обоснование актуальности темы диссертации, определены цели и задачи исследования, приведена краткая аннотация проделанной работы.

В первом разделе подробно рассмотрены состояние проблемы и задачи исследования. Приведен анализ лесообрабатывающего производства и особенности его организации в условиях лесозаготовительных предприятий, а также обзор исследований гибких лесообрабатывающих процессов лесозаготовительных предприятий.

В работе рассмотрена структура современного лесообрабатывающего производства лесозаготовительного предприятия. Установлено, что дальнейшее его развитие связано с увеличением объёмов обработки древесного сырья в цехах лесозаготовительных предприятий. Показано, что современные нижние лесопромышленные склады являются по составу выполняемых операций сложным лесообрабатывающим производством с участками получения круглых лесоматериалов, выработки пиленой, колотой и круглой короткомерной лесопродукции, технологической щепы, стружки, товаров народного потребления из древесины и т.п., а также участками по использованию древесных отходов и других видов древесной биомассы в том числе поступающих непосредственно с лесосеки (рис. 1).

Сделан вывод, что по своей сложной структуре современный лесопромышленный склад является лесообрабатывающим заводом с комплексной механизацией и частичной автоматизацией производства на основе применения гибких лесообрабатывающих процессов, глубокой переработки древесного сырья и безотходных или малоотходных технологий.

Рис.1. Структура современного нижнего лесопромышленного склада

( лесообрабатывающего завода)

Участки: I – приема древесного сырья; II – производства круглых лесоматериалов; III – обработки круглых лесоматериалов; IV – энергетического использования древесных отходов; V – склад лесопродукции

В работе дан краткий анализ предшествующих исследований по совершенствованию лесообрабатывающего производства в условиях лесозаготовительных предприятий.

Исследования процессов обработки древесного сырья на нижних лесопромышленных складах лесозаготовительных предприятий проводились: МГУЛ (МЛТИ), УГЛТА (УЛТИ, г. Екатеринбург), ЛТА (г. С. - Петербург), АГТУ (АЛТИ, г. Архангельск), ВГЛТА (г. Воронеж), КГТА (СТИ, г. Красноярск), ПетрГУ(г. Петрозаводск), Гипролестранс, КарНИИЛП, ЦНИИМОД, ЦНИИМЭ, Тюменский НИИПЛ и др.

Проведенные исследования показали, что в условиях лесозаготовительных предприятий наиболее целесообразно обрабатывать следующие категории сырья: низкосортное (пиловочник IV сорта и тарные бревна) и низкокачественное древесное сырье и, в первую очередь, мягколиственных пород; тонкомерное сырьё диаметром от 8 до 14 см; сырьё для производства шпал; дровяное сырьё и отходы лесозаготовок,

Характеризуя обработку древесного сырья на нижних лесопромышленных складах необходимо отметить, что при значительной удаленности лесозаготовительных предприятий от центров лесопильно-деревообра-батывающей промышленности, а также при наличии потребности в пиломатериалах и при достаточном количестве пиловочника в общем объёме производства круглых лесоматериалов на нижних лесопромышленных складах лесозаготовительных предприятий организуется лесопиление. По данным ЦНИИМОД в России около 40 % пиломатериалов вырабатывается лесозаготовительными предприятиями.

Анализ проведенных ранее исследований в области технологии лесообрабатывающего производства лесозаготовительных предприятий показал, что одним из путей его совершенствования является создание на нижних лесопромышленных складах цехов с гибкими лесообрабатывающими процессами, обеспечивающими повышение загрузки применяемых станков и оборудования, а также рациональное использование древесного сырья.

В ряде работ отмечается, что создание цехов с гибким лесообрабатывающим процессом целесообразно: при наличии схожих технологических операций в процессе обработки различных видов древесного сырья; при небольшом объеме обработки каждого вида сырья и невозможности в связи с этим полностью загрузить оборудование. Однако остаются не исследованными вопросы загрузки станков в зависимости от изменения состава обрабатываемого сырья с учетом вероятностного характера выполняемых операций, параметров обрабатываемых лесоматериалов и спроса на рынке лесопродукции. Не определены условия эффективного функционирования гибких лесообрабатывающих процессов в цехах на нижних лесопромышленных складах лесозаготовительных предприятий.

Обзор работ по моделированию и оптимизации лесообрабатывающих процессов в цехах лесозаготовительных предприятий показал, что для решения поставленных задач широко используются методы, основанные на статистическом анализе фактических производственных данных с применением вычислительной техники. Одним из эффективных методов такого анализа являются математические методы и модели исследования операций. Анализ работ ряда авторов показал, что применение вероятностных методов в научных исследованиях лесообрабатывающих процессов в условиях лесозаготовительных предприятий позволяет успешно решать поставленные задачи и дает положительные результаты. С учетом этого, были сформулированы основные задачи исследования гибких лесообрабатывающих процессов.

Для исследования гибких лесообрабатывающих процессов лесозаготовительных предприятий необходимо выполнить следующее: провести анализ операций, выполняемых в лесообрабатывающих цехах на лесных складах лесозаготовительных предприятий; установить структуру взаимодействия операций в исследуемых процессах; указать возможные варианты обработки древесины в лесообрабатывающих цехах; провести анализ лесообрабатывающих процессов в цехах лесозаготовительных предприятий; по результатам анализа дать классификацию гибких лесообрабатывающих процессов в цехах лесозаготовительных предприятий; провести формализацию исследуемых процессов и на ее основе разработать математическую модель гибкого лесообрабатывающего процесса цехов лесозаготовительных предприятий; выполнить сбор и математическую обработку производственных данных потоков лесоматериалов в технологических линиях лесообрабатывающих цехов и продолжительности циклов обработки древесного сырья; сравнить результаты теоретических исследований с фактическими данными, полученными в производственных условиях в лесообрабатывающих цехах лесных складов; провести экспериментальные исследования по определению размерно-качественных параметров обрабатываемых сортиментов; на основе результатов экспериментальных исследований реализовать имитационную модель гибкого лесообрабатывающего процесса с целью определения основных характеристик его функционирования; оценить экономическую эффективность создания гибких лесообрабатывающих процессов в цехах на нижних лесопромышленных складах лесозаготовительных предприятий; разработать рекомендации для внедрения полученных результатов на лесопромышленных предприятиях.

В соответствии с целью и поставленными задачами разработаны основные этапы исследования и последовательность их выполнения.

Второй раздел посвящен анализу лесообрабатывающих операций, выполняемых в цехах лесозаготовительных предприятий, разработке классификационных признаков гибких лесообрабатывающих процессов с учетом особенностей их функционирования и последующему моделированию рассматриваемых процессов.

При системном анализе и моделировании необходим этап их формализации с подробным рассмотрением лесообрабатывающих процессов и установлением всех факторов, влияющих на эти процессы, с учетом их отличий и особенностей.

Моделирование реального лесообрабатывающего процесса требует углублённого исследования производственных систем, их свойств и особенностей функционирования в различных, меняющихся производственных условиях.

Изменение номенклатуры обрабатываемых лесоматериалов и номенклатуры выпускаемой продукции требует построения лесообрабатывающих процессов, способных оперативно адаптироваться к постоянно меняющимся условиям их функционирования. Этому требованию удовлетворяют гибкие лесообрабатывающие процессы лесозаготовительных предприятий. При этом гибкость лесообрабатывающего процесса во многом является средством, обеспечивающим устойчивость всего производственного процесса, которая определяется уровнем стабильности выходных характеристик (объёма обработки древесного сырья в цехе, объёма выхода готовой продукции, номенклатуры, качества и стоимости продукции).

Исследованиями установлено, что на производственный процесс лесообрабатывающего цеха оказывается внешнее воздействие как со стороны снабжения цеха требуемыми видами древесного сырья, так и со стороны рынка лесопродукции цехов (рис. 2). Это воздействие носит случайных характер и приводит к соответствующим колебаниям, как производительности отдельных машин, так и всего лесообрабатывающего производства.

Рис. 2. Схема воздействия внешних случайных фактов на производственный процесс лесообрабатывающего цеха

Интенсивность внешних воздействий возрастает с уменьшением объемов производства и с увеличением номенклатуры обрабатываемых лесоматериалов и выпуска готовой лесопродукции.

Отличительной особенностью гибкого лесообрабатывающего процесса является возможность обработки в общих технологических потоках различных по назначению сортиментов на различную продукцию. Такая организация лесообрабатывающего производства позволяет дозагружать оборудование цеха дополнительным объемом древесного сырья в случае перебоев в снабжении цеха определенными видами сырья. Кроме того, на загрузку станков в лесообрабатывающих цехах оказывает влияние дискретность принятия решения при определении потребного их количества. При этом, за счет округления в большую сторону принятого значения количества станков, возникает необходимость их дозагрузки дополнительным сырьем.

При дозагрузке оборудования цеха с гибким лесообрабатывающим процессом, общий объем поступления сырья на обработку будет равен

Vобщ. = V+Vд, (1)

где Vобщ. – общий объем обработки сырья в цехе, м3;

V – объем обработки основного вида сырья, м3;

Vд – дополнительный объем обработки сырья за счет подачи в цех других по назначению сортиментов, м3.

Дополнительный объем обработки сырья в цехе зависит от величины снижения загрузки технологических линий вследствие нехватки основного вида сырья, производительности технологических линий цеха на новом (дополнительном) виде сортиментов и количества технологических лесообрабатывающих линий в цехе:

Vд = ?м·Пд·n, (2)

где ?м – снижение загрузки технологической линии цеха;

Пд – производительность технологической линии на дополнительном (новом) виде сортиментов, м3;


загрузка...